Mustat aukot ovat pelottavia, ja jotkut maailman kiehtovimmista ja salaperäisimmistä esineistä. Mutta mikä on musta aukko? Mustat aukot ovat pääasiassa avaruuden esineitä, jotka ovat niin äärimmäisen massiivisia ja tiheitä, että mikään ei päästä niiden painovoimavetoon, mukaan lukien valo (siksi niitä kutsutaan musta reikiä). Tämä johtaa mielenkiintoisiin skenaarioihin, jotka koskevat fysiikkaa mustan aukon ympäröivällä alueella.
Yleisen suhteellisuusteorian teoria olettaa, että mikä tahansa massalla käyrää avaruuden ajan kangasta, ja tämä kaarevuus on se, mitä me tunnemme painovoimana. Suosituin (ja erittäin kuvaava) esimerkki tämän toiminnan osoittamiseksi on kumilevy. Kuvantaminen, että sinulla on iso arkki joustavaa kumia, joka on venytetty kohtuudella opetetuksi. Tämä arkki on avaruuskankaan 2-ulotteinen esitys (jolla on kolme ulottuvuutta, mutta yksinkertaisuuden ja havainnollisuuden vuoksi käytämme kahta). Jos asetat arkkiin pienen marmorin, se tekee pienen sisennyksen kumiin. Kuvittele, että marmori on planeetta, ja jos sinulla on jokin noista viileistä lasiraidallisista marmoreista, se voi jopa näyttää paljon Jupiterilta. Pyörittämällä pientä pikkukiviä (joka luo oman, hyvin pienen sisennyksen) marmorilla, saatat huomata pikkukiviverhouksen kohti marmorin sisennystä. Pohjimmiltaan marmori vetää pientä pikkukiviä kohti sitä painovoimansa vuoksi.
Nyt, jos sijoitat keilapallo arkkiin, joka on paljon massiivisempaa, se tekee paljon suuremman sisennyksen, joka todennäköisesti loukkaa kiviä sen vierittäessä. Keilahalli edustaa erittäin hyvin jotain tällaisesta esimerkistä. Musta reikä on kaikki tähden massa, mutta hyvin pienessä tilassa, riittävän pitkälle sisäänsyöttääkseen kumilevyä niin, että mikään ei vieritä mustan aukon syvennystä tietyn etäisyyden päässä - riippumatta siitä kuinka nopeasti sinä ajat sen - voi paeta. Musta aukon ympärillä olevaa aluetta, josta mikään ei pääse, kutsutaan tapahtumahorisontiksi, ja kuinka suuri tämä alue on, riippuu itse mustan aukon koosta.
Tähtien musta reikä muodostuu, kun tähti, jonka ydin on yli 3 aurinkomassasta, saapuu lähellä elinkaarensa loppua, ja tähden sisällä olevat fuusioprosessit eivät enää työnnu riittävästi painopisteen sisäistä vetämistä vastaan, aiheuttaen tähden räjähtämisen . Kun tähden sisällä oleva aine on puristettu tietyn säteen alapuolelle - nimeltään Schwarzschild-säde sen muotoillun matemaatikon jälkeen -, muodostuu musta aukko.
Supermassiiviset mustat aukot ovat niitä, jotka muodostuvat galaksien keskellä, ja ne voivat vaihdella miljardeissa aurinkomassoissa. Esimerkiksi Linnunradan keskustassa olevan supermassiivisen mustan aukon massa on noin 40 000 aurinkoa, ja sitä ympäröivä aine - nimeltään 'lisääntymislevy' - on mahtava 4 miljardia aurinkoa. Kuinka supermassiiviset mustat aukot muodostuvat? Tässä on erinomainen, yksityiskohtainen artikkeli supermassiivisista mustista reikistä, joka käsittelee joitain kilpailevia teorioita niiden muodostumisesta.
Mustia reikiä on erikokoisia massasta riippuen. Esimerkiksi, jos Auringosta tulisi musta aukko (tosin ei, koska sen ydin on aivan liian pieni), mustan aukon säde olisi noin 3 km (1,86 mailia). Jos maapallo tiivistettäisiin jonkin omituisen olosuhteen kautta avaruuteen, joka on pienempi kuin sen Scwarzschild-säde, musta reikä olisi suunnilleen maapähkinän kokoinen.
Mustan aukon keskellä on ns. Singulaarisuus, jossa mustan aukon massa puristetaan nollatilavuuteen ja yleisen suhteellisuusteorian kyky kuvata täällä tapahtuvaa hajoaa.
Mistä tiedämme, että mustia aukkoja on olemassa, jos ne eivät säteile valoa? Tähtien mustien reikien todistaminen tapahtuu niiden vuorovaikutuksen havainnoinnista binaarijärjestelmissä, ja supermassiiviset mustat aukot voidaan havaita röntgen-kaukoputkeilla, samoin kuin painovoiman avulla, jonka ne kohdistavat galakseihin tähtiin.
Lisätietoja mustista reikistä on verkossa melko vähän resursseja. Ensinnäkin Hubblesite tarjoaa erinomaisen tietosanakirjan, samoin kuin Stardate.org. Voit myös tarkistaa loput avaruusoppaan mustia aukkoja käsittelevästä osiostamme tai kuunnella aiheesta useita Astronomy Cast -jaksoja, kuten Episodes 18 tai kysymyksiä, jotka näkyvät mustalla, mustalla aukolla.
Lähteet: NASA: Blackholes, NASA: Tähdet, hyperfysiikka
